现场总线运动控制模块的设计及其在PLC系统中的应用
1 运动控制模块的研制
本设计中,运动控制模块负责电机的驱动、多轴联动、G代码解释等工作，是数控系统的“大脑”。因此运动控制器的性能直接关系到整个机床的性能。
1.1 总体结构
为实现高性能数控计算，系统采用双MCU结构，主控MCU负责G代码读写与解释、人机界面、网络通信等任务；NC运动控制MCU（即运动控制芯片）作为一个专用数字芯片，负责三轴电机的速度控制、定位、多轴直线和圆弧插补等任务，以保证运动控制模块在完成复杂的工作时仍能提供良好的性能。运动控制模块结构如图1所示。
模块采用SD卡作为G代码文件的存储器。SD卡具有大容量、小体积、支持热插拔等特点，尤其是其兼容SPI总线读写，省去了主控制器作为USB盘读写的硬件，降低了成本。
运动控制模块具有现场总线通信功能，支持RS-485和CAN总线2种现场总线物理层规范。以可靠性为设计原则，总线接口与主控制器进行了电气隔离，并加入保护元件提高其抗瞬态干扰能力。图2、图3分别是模块RS-485和CAN总线的隔离接口原理图。其中使用了TI公司的高速数字隔离器ISO7221进行数字信号的电气隔离，同时在接口端设置了瞬态抑制二极管（TVS管）进行保护，确保了硬件在各种环境下的可靠性。
1.2 Cortex-M3与STM32简介
ARM Cortex-M3是一种基于ARM7架构的最新ARM嵌入式内核，它采用哈佛结构，使用分离的指令和数据总线(冯诺伊曼结构下,数据和指令共用1条总线）,在成本和功耗方面，Cortex-M3具有相当好的性能。
基于Cortex-M3核的STM32F103系列MCU,运行于最高72 MHz的总线频率,可以获得1.25 DMIPS/MHz的运算性能、单周期乘法指令、硬件除法器，带有容量至少为32 KB的Flash及6 KB的SRAM、2个12位A/D、7通道DMA、6路16位定时器及PWM、SPI、I2C、USART、USB、CAN等高性能模块，并具有最高18 MHz输出频率的高速GPIO。在电机和运动控制的应用中，可以充分发挥其先进内核的性能和丰富的模块资源特性。
1.3 工作流程
运动控制器工作流程总体示意图如图4所示。
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